Apostila Fqexp Sex Not

UNIVERSIDADE REGIONAL DE BLUMENAU CENTRO DE CINCIAS TECNOLGICAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA QUMICA CURSO: ENGENHARIA QUMICA DISCIPLINA: FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL MONITOR: MAYKE CZAR WIPPEL

APOSTILA DE LABORATRIO

FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL

PROFESSOR (A): ...................................................

ALUNO (A): ...........................................................

I SEMESTRE DE 2015.

Revisada em fev/2015 por Prof Ivonete Barcellos.

Apostila de Fsico-Qumica Experimental Verso fev/2015

NDICE

Normas bsicas de segurana, salubridade e gesto ambiental para laboratrios de qumica. ......................................................................... 3

MODELO PARA APRESENTAO DOS RESULTADOS .................... 4

CRONOGRAMA DAS AULAS PRTICAS DE FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL ................................................................................... 5

Experimento 01: Calibrao de Instrumentao Analtica para Medio de Volume, Massa e Temperatura. ......................................................... 6

Experimento 02: Cintica da Decomposio Cataltica do Perxido de Hidrognio. ........................................................................................... 11

Experimento 03: Cintica da Reao do Cristal Violeta Com NaOH. Mtodo Espectrofotomtrico. ................................................................ 14

Experimento 04: Determinao do tomo-grama do Zinco Atravs da Eletrlise............................................................................................... 18

Experimento 05: Cintica da Inverso da Sacarose. Mtodo Polarimtrico. ....................................................................................... 18

Experimento 06: Formao de Enxofre Coloidal e Velocidade da Reao. ................................................................................................ 28

Experimento 07: Investigao da Cintica da Oxidao do Iodeto de Potssio. .............................................................................................. 34

Experimento 08: Anodizao do Alumnio. ......................................... 38

Experimento 09: Estudo da Adsoro do cido Actico pelo Carvo. 41

Experimento 10: Mtodos para Determinao de Viscosidade de Lquidos. ............................................................................................... 44

Experimento 11 a e 11 b: Determinao da Tenso Superficial: Mtodo do Peso da Gota. Parte I e Parte II. ...................................................... 60

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3

Normas bsicas de segurana, salubridade e gesto ambiental para laboratrios de qumica.

1. No trabalhar sozinho ou fora do horrio convencional; 2. Usar sapatos fechados, calas longas e cabelos longos presos; 3. Usar culos protetores, sempre que estiver no laboratrio; 4. Usar sempre guarda-p, de algodo, preferencialmente com mangas compridas; 5. No fumar, comer ou beber no laboratrio; 6. Nunca colocar materiais na boca (caneta, papel etc.); 7. Nunca pipetar succionando com a boca; 8. Manter frascos de reagentes tampados e no trocar tampas; 9. Em caso de acidente (contato ou ingesto de produtos qumicos, queimadura ou corte) comunicar imediatamente o professor; 10. No jogar material insolvel nas pias (slica, carvo ativo, etc.). Usar frasco de resduo apropriado; 11. No jogar resduos de solventes nas pias. Resduos de reaes devem ser acondicionados em frascos adequados. Nunca jogar no lixo restos de reaes; 12. Ao trabalhar com chama, retirar materiais inflamveis das proximidades; 13. Aprender a usar extintores antes que o incndio acontea; 14. Em caso de incndio, manter a calma, desligar os aparelhos prximos, isolar os inflamveis, iniciar o combate ao fogo e chamar os bombeiros; 15. No entrar em local onde ocorreu incndio, derramamento ou vazamento de produtos qumicos sem uma mscara contra gases; 16. Em caso de derramamento de lquido aplicar sobre ele um material absorvente adequado (manta apropriada, areia, vermiculita etc.); 17. Usar a capela e ter um extintor por perto quando estiver trabalhando com reaes perigosas, explosivas, txicas ou cuja periculosidade voc no conhece; e tambm para manipular produtos volteis ou para reaes que os produzam; 18. Identificar os materiais e experimentos em andamento; 19. Ao sair desligar os aparelhos, luzes e fechar a rede de GLP; 20. Relatar as no-conformidades com relao s boas prticas ao professor.

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MODELO PARA APRESENTAO DOS RESULTADOS

Fsico-Qumica Experimental

Nome do Professor

Ttulo da prtica. N

Alunos: ________________________

_________________________

Data:...../...../.....

Temperatura: _________

Presso: _________

Objetivos:

Apresentar o objetivo geral do experimento em um nico pargrafo.

Resultados e Discusso:

Uma breve descrio do experimento, incluindo dados;

Apresentar os resultados em tabelas e/ou grficos;

Calcular os erros percentuais e discutir os resultados obtidos.

Concluso:

Discutir o cumprimento dos objetivos propostos;

Propor melhorias cerca dos procedimentos adotados na prtica;

Comentar sobre a relevncia do tema estudado. Fontes de erro:

Comentar sobre possveis fontes de erro.

Sugestes.

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CRONOGRAMA DAS AULAS PRTICAS DE FSICO-QUMICA EXPERIMENTAL SEXTA - FEIRA (12/14) ENG. QUMICA 2015/1

Atividade Professor Data

Discusso Sobre as Prticas, Plano de Ensino e Cronograma.

Daniela e Aline 20/02

Experimento 01: Calibrao de instrumentao analtica para medio de

volume, massa e temperatura.

Daniela e Aline (T-322) e (T-301)

27/02

Experimento 02: Cintica da decomposio cataltica do perxido de

hidrognio. (T-301)

Daniela Aline

06/03 13/03

Experimento 03: Cintica da Reao do Cristal Violeta com NaOH Mtodo

Espectrofotomtrico. (T-322)

Daniela Aline

13/03 06/03

Experimento 04: Cintica da inverso da sacarose, mtodo polarmetro. (T-322)

Daniela Aline

20/03 27/03

Experimento 05: Determinao do tomo-Grama do Zinco Atravs da

Eletrlise. (T-301)

Daniela Aline

27/03 20/03

FERIADO 02/04 PSCOA

Aula de reviso dos experimentos 1 a 5 (aula terica)

Daniela (T-322) Aline (T-301)

10/04

PROVA ESCRITA (Etapa 1 a 5) Daniela e Aline 17/04

Experimento 06: Formao de Enxofre Coloidal e Velocidade da Reao.


24/04

FERIADO 01/05 DIA DO TRABALHADOR

Experimento 07: Investigao da Cintica da Oxidao do Iodeto de

Potssio. (T-301)

Daniela Aline

08/05 15/05

Experimento 08: Anodizao do Alumnio. (T-322)

Daniela Aline

15/05 08/05

Experimento 09: Estudo da Adsoro do cido Actico pelo Carvo. (T-301)

Daniela Aline

22/05 29/05

Experimento 10: Mtodos para determinao da viscosidade de lquidos.

(T-322)

Daniela Aline

29/05 22/05

FERIADO 04/06 CORPUS CHRISTI

Experimento 11 a: Determinao da tenso superficial: mtodo do peso da

gota. Parte I


12/06

Experimento 11 b: Determinao da tenso superficial: mtodo do peso da

gota. Parte II


19/06

Reposio de Prtica (apenas uma por aluno) e Aula de

Reviso dos experimentos 6 a 11 (aula terica)


26/06

PROVA Escrita Daniela e Aline 03/07

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Experimento 01: Calibrao de Instrumentao Analtica para Medio de Volume, Massa e Temperatura.

1.1. Objetivos especficos:

Manipulao correta de instrumentos de medio;

Metrologia;

Procedimentos de Calibrao;

Tratamento estatstico de dados;

Curvas de Calibrao e geometria analtica;

Rastreabilidade;

Normas Tcnicas NBR ISO/IEC 17025.

1.2. Introduo: A metrologia uma das funes bsicas necessrias a todo Sistema de Garantia da Qualidade. Efetivar a qualidade depende fundamentalmente da quantificao das caractersticas do produto e do processo. Esta quantificao conseguida atravs de: definio das unidades padronizadas, conhecidas por unidade de medida, que permitem a converso de abstraes como comprimento e massa em grandezas quantificveis como metro, quilograma, etc; instrumentos que so calibrados em termos destas unidades de medidas padronizadas; uso destes instrumentos para quantificar ou medir as "dimenses" do produto ou processo de anlise. A este item, inclui-se o OPERADOR, que , talvez, o mais importante. ele a parte inteligente na apreciao das medidas. De sua habilidade depende, em grande parte, a preciso conseguida. necessrio ao operador:

- conhecer o instrumento; - adaptar-se as circunstncias; - escolher o mtodo mais aconselhvel para interpretar os resultados.

Ex: Condies observadas em um Laboratrio de Metrologia.

- Temperatura 201C; - Grau Higromtrico controlado (60%) Obs: o cloreto de clcio industrial retira cerca de 15% da umidade; - Ausncia de vibraes e oscilaes;

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7

- Espao suficiente; - Boa iluminao; - Limpeza, etc.

1.2.1. Tipos de medidas e medies

A partir da noo de que fundamentalmente medir comparar, tem-se que uma medida pode ser obtida por dois mtodos distintos:

1.2.1.1. Medio por comparao DIRETA

Compara-se o objeto da medida com uma escala conveniente, obtendo-se um resultado em valor absoluto e unidade coerente. Por exemplo: medio da distncia entre dois traos utilizando-se uma rgua graduada.

1.2.1.2. Medio por comparao INDIRETA

Compara-se o objeto da medida com um padro de mesma natureza ou propriedade, inferindo sobre as caractersticas medidas/verificadas. Por exemplo, medies/controle de peas com calibradores passa-no-passa; utilizao de relgios comparadores. Na prtica, normalmente, simplifica-se os termos acima definidos. Assim, encontramos usualmente "medida direta" e "medio por comparao" ou "medio indireta".

1.2.2. Critrios de escolha

A passagem de medio direta para indireta pode, em geral, ser associada a dois fatos: - Tempo necessrio para executar a medio; - Necessidade de resoluo ou preciso incompatveis com a dimenso a ser medida (com instrumentos de medio direta), por exemplo: 50 mm com 0,1 (um) de preciso.

1.2.3. Exatido e preciso

A exatido proporcional a diferena entre um valor observado e o valor de referncia. Normalmente, o valor observado a mdia de diversos valores individuais. A preciso inversamente proporcional a diferena entre si dos valores observados para obter-se uma medida. Assim, quanto maior a concordncia entre os valores individuais de um conjunto de medidas maior a preciso.

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1.2.4. Rastreabilidade

Propriedade do resultado de uma medio ou do valor de um padro estar relacionado a referncias estabelecidas, geralmente a padres nacionais ou internacionais, atravs de uma cadeia contnua de comparaes, todas tendo incertezas estabelecidas. Observaes: 1) O conceito geralmente expresso pelo adjetivo rastrevel; 2) Uma cadeia contnua de comparaes denominada de cadeia de rastreabilidade.

1.2.5. Calibrao/Aferio/Verificao

Conjunto de operaes que estabelece, sob condies especificadas, a relao entre os valores indicados por um instrumento de medio ou sistema de medio ou valores representados por uma medida materializada ou um material de referncia, e os valores correspondentes das grandezas estabelecidos por padres. Observaes sobre calibrao: 1) O resultado de uma calibrao permite tanto o estabelecimento dos valores do mensurando para as indicaes como a determinao das correes a serem aplicadas. 2) Uma calibrao pode, tambm, determinar outras propriedades metrolgicas como o efeito das grandezas de influncia. 3) O resultado de uma calibrao pode ser registrado em um documento, algumas vezes denominado certificado de calibrao ou relatrio de calibrao.

Sistemas lineares so extremamente teis na representao de dados

experimentais e as curvas de calibrao so os mais conhecidos. Nestes casos, os desvios da linearidade so geralmente atribudos a efeitos qumicos e fsicos que no foram preliminarmente levados em conta e que tornam-se agentes complicadores na anlise matemtica dos dados. As tcnicas numricas utilizadas para avaliar o comportamento de sistemas lineares e estabelecer a faixa linear so :

Parmetro de uma calibrao linear;

Equao de reta: y = b + a x;

Uso da regresso linear;

Coeficiente linear (b), Coeficiente angular (a), Coeficiente de correlao linear (R2);

Tratamentos estatsticos;

Mdia, Desvio Padro, erro relativo (%), erro absoluto;

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1.3. Material por equipe:

1 pipeta volumtrica de 5mL, 2 termmetros pares, com escala idntica, 1 bureta de 25 mL, balana, gua destilada. 1.4. Procedimento: 1.4.1. Verificao do volume de uma pipeta (mtodo gravimtrico). Pegue uma pipeta volumtrica de 5 mL, previamente limpa e seca, ambientalize-a com H2O destilada. Em uma balana coloque um bquer com capacidade para 100 mL e anote o seu peso (no zere ou tare a balana). Faa uma pipetagem usando H2O destilada e transfira para o bquer ainda na balana. Tome cuidado para que todo o material seja transferido e que nada caia fora do bquer e anote a massa indicada pela balana. Repita este procedimento mais 9 vezes acrescentando a H2O pipetada sempre sobre a massa anterior medida, sendo que ao fim deve-se ter 10 medidas de massa e um volume de 50 mL dentro do bquer. 1.4.2. Calibrao da indicao de temperatura de um termmetro (mtodo comparativo). Utilize um termmetro calibrado com certificao RBC como referncia. Coloque em um bquer H2O e gelo at atingir a temperatura de 5 C. Coloque o termmetro de referncia e o termmetro a ser calibrado dentro do bquer. Anote a temperatura indicada por ambos os termmetros. Com o auxlio de um bico de Bunsen aquea gradualmente o bquer fazendo anotaes da temperatura de 5 em 5 C, at atingir 35 C. 1.4.3. Verificao do volume de uma bureta (mtodo gravimtrico). Ligue a balana com pelo menos 30 minutos de antecedncia para a mesma atingir o equilbrio.

Coloque sobre o prato da balana um bquer com capacidade para 50 mL. Com o auxlio de um suporte universal e de garras apropriadas, monte sobre o bquer que encontra-se no prato da balana um sistema com uma bureta com capacidade de 25 mL. Retire a bureta do suporte, ambientalize e preencha a bureta com H2O destilada at a marca do zero da bureta. Retorne a bureta ao suporte. Anote a massa do bquer vazio (no zere ou tare a balana). Libere ento 2,5 mL de H2O da bureta recebendo no bquer sobre a balana. Anote a massa obtida. Libere mais 2,5 mL recebendo no mesmo bquer e anote a massa obtida. Repita este procedimento at atingir a capacidade nominal da bureta.

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1.5. Tratamento dos Dados: No item 1.4.1 deve ser calculado a mdia das leituras, o desvio padro, o erro relativo e o erro absoluto. No item 1.4.2 deve ser construdo um grfico entre a Temperatura do termmetro referncia versus o termmetro a ser verificado. Encontre o valor do coeficiente linear, coeficiente angular, r2 e demonstre a equao da reta. Calcule o erro absoluto e relativo para cada ponto registrado. No item 1.4.3 construa um grfico do volume real versus o volume obtido Encontre o valor do coeficiente linear, coeficiente angular, r2 e demonstre a equao da reta. Calcule o erro absoluto e relativo para cada ponto registrado. 1.6. Tratamento de rejeitos:

No aplicado. 1.7. Questionrio: 1. Escreva uma equao de reta genrica. 2. O que coeficiente angular e linear? 3. Quais as principais variveis na verificao volumtrica pelo mtodo

gravimtrico? 4. Qual a diferena entre calibrao e verificao? 5. O que erro aleatrio e sistemtico? 1.8. Referncias Bibliogrficas:

Procedimentos Operacionais da REBLAS, Gerncia Geral de Laboratrios de Sade Pblica. 2. ed. Braslia: ANVISA 2002.

http://www.chemkeys.com/bra/ag/tda_8/tda_8.htm acessada em 01/08/2006. INMETRO. Vocabulrio internacional de termos fundamentais e gerais de metrologia. 3. ed. Rio de Janeiro, 2003. 75p.

Ellison, S.L.R.; Rosslein, M.; Williams, A. EURACHEM/CITAC Guide Quantifying Uncertainty in Analytical Measurement, Second Edition.

Barros Neto, B.; Pimentel, M.F.; Arajo, M.C.U.; Qumica Nova, Vol. 25, No. 5, 856-865, 2002. Rocha Filho, R.C. ; Silva, R.R.. Clculos Bsicos da Qumica. 1 ed. So Carlos - SP: EdUFSCar - Editora da Universidade Federal de So Carlos, 2006. v. 1. 277 p.

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11

Experimento 02: Cintica da Decomposio Cataltica do Perxido de Hidrognio.


Acompanhar a cintica de uma reao atravs do volume de gs produzido;

Fazer o grfico dos volumes de oxignio obtidos em 3 diferentes temperaturas;

Interpretar os grficos e determinar a constante de velocidade da reao em cada temperatura;

Fazer o grfico de log k x 1/T e determinar a energia de ativao.

2.2. Introduo:

As velocidades das reaes so alteradas pela adio de certas substncias denominadas catalisadoras. Os catalisadores participam das etapas intermedirias da reao qumica e so regenerados no final. Um catalisador modifica a energia de ativao e, como a velocidade da reao depende desta energia (ver Equao (01)), tambm ocorrem modificaes na velocidade.

TR

Ea

eAk ..

(01)

Neste experimento ser estudada a reao de decomposio do perxido de

hidrognio (reao lenta), utilizando-se como catalisador o dixido de mangans. A decomposio do perxido de hidrognio dada pela reao:

2 H2O2 2 H2O + O2 + MnO2

Os estudos cinticos desta reao podem ser realizados determinando-se o volume de oxignio liberado em funo do tempo. Assim, a partir da equao da lei da velocidade:

].[][

2222 OHk

dt

OHd (02)

Por integrao pode-se chegar a:

tkVVV t .ln)ln( (03)

onde: V e Vt so os volumes do gs liberado pela reao aps um tempo

infinito e aps um tempo t, respectivamente.

MnO2

.


12

2.3. Materiais e Reagentes por equipe:

Bquer de forma alta, 1 kitassato com rolha de borracha (A), mangueiras, 1 proveta (250 - 500 mL), 1 termmetro, 1 agitador magntico, 1 cronmetro.

MnO2 P.A. ou recuperado, 10 mL H2O2 concentrado. 2.4. Procedimento:

Prepare 100 mL de H2O2 3% (10 volumes) a partir da soluo concentrada a 30 ou 35%. Monte o experimento indicado na Figura 1. Coloque 0,25 g de MnO2 P.A ou 0,40 g de MnO2 recuperado, e 25 mL H2O no kitassato A. Coloque gua no bquer de maneira a cobrir a soluo no kitassato. Realizar a primeira medida em temperatura ambiente. Introduza rapidamente os 25 mL de H2O2 (3%) no kitassato, fechando-o com a rolha. No mesmo instante o gs liberado expulsar a gua da proveta. Mea o volume de gs a cada minuto, at reduo quase total das borbulhas.

Logo em seguida, repita o procedimento em mais duas temperaturas: 10 C acima e abaixo da temperatura ambiente.

Obs.: O Perxido de Hidrognio um lquido instvel, gosto amargo, corrosivo

para a pele. Precauo: forte oxidante, na forma concentrada pode causar queimadura na pele e membrana mucosa. Portanto, aconselha-se a manusear o H2O2 na capela com equipamentos de segurana apropriados.

Figura 01 - Experimento da cintica de decomposio do perxido de hidrognio.

2.5. Tratamento dos dados experimentais:

Para as trs temperaturas, complete em seu caderno a tabela: Tabela 01 - Tomadas de temperatura e tempo.

T (K) 1/T t (s) Vt (mL) V V-Vt ln (V-Vt) ln k

.


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Tabela 02 - Tomadas de temperatura e tempo.


Tabela 03 - Tomadas de temperatura e tempo.


Calcule o V a partir da quantidade inicial de perxido de hidrognio. Faa o

grfico do tempo em funo de ln (V - Vt) e determine a constante de velocidade em cada temperatura (equao 3). Faa o grfico do logaritmo das velocidades em funo do inverso da temperatura e determine a energia de ativao a partir da equao de Arrhenius (equao 4).

TR

E

eAk .*

. TR

EAk

.

*lnln ou

TR

EAk

..303,2

*loglog (4)

2.6. Tratamento de rejeitos:

Os rejeitos desta prtica devem ser filtrados em bomba a vcuo. O lquido neutralizado e descartado. O slido deve ser seco e devolvido ao frasco. 2.7. Questes: 1. Qual o mecanismo que se pode propor para a reao do experimento? 2. Quais os erros do experimento? 3. Discuta sobre os diferentes tipos de catlise. 4. Demonstre como se chega equao de velocidade (equao 3) a partir da lei

de velocidade (equao 2) de decomposio do perxido de hidrognio. 2.8. Referncias Bibliogrficas:

BUENO, Willie Alves et all. "Manual De Laboratrio De Fsico-Qumica". McGraw Hill do Brasil, 1980

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Experimento 03: Cintica da Reao do Cristal Violeta Com NaOH. Mtodo Espectrofotomtrico.


Construir a curva analtica de Absorbncia x Volume de corante e determinar Ao;

Construir o grfico de velocidade log A x t e determinar, a partir deste, o valor da constante de velocidade "kps";

Conferir a ordem da reao. 3.2. Introduo:

A experincia tem por objetivo principal o estudo da ordem de uma reao bimolecular por meio da tcnica espectrofotomtrica.

Os reagentes so espcies inicas e um deles fortemente colorido, o cristal violeta, ao passo que o outro no colorido, o hidrxido de sdio. Como os produtos da reao so desprovidos de colorao, medida que o processo decorre, a intensidade da cor diminui e essa grandeza medida com o auxlio de um espectrofotmetro.

A estrutura do cristal violeta a seguinte:

Figura 01 - Estrutura do Cristal violeta

cloro-hexametilenopararosanilina M = 407,99 g/mol Mximo de absoro: 583 nm.

Na anlise estrutural dos ctions ressonantes, verifica-se a contribuio da

configurao (I) que sugere uma deficincia eletrnica no carbono tercirio, ponto de fragilidade para o ataque da hidroxila, formando o carbinol incolor.

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Genericamente, a reao pode ser equacionada da seguinte forma:

corante + OH- produto incolor

A lei de velocidade da reao :

mn OHcorantekdt

coranted].[][

][v 2

(1)

Mas como o hidrxido est em excesso em relao ao corante, ento:

][][ coranteOH 0 (2)

Onde o ndice zero representa concentraes iniciais.

Nessas condies, a lei de pseudo-ordem dada por:

dtcorantekcoranted

n

Ps ][

][ (3)

Onde kps a pseudoconstante de velocidade, e:

m

Ps OHkk ].[2 (4)

Integrando a lei de velocidade equao (3) para n = 1, tem-se:

303,2

.

][

][log 0

tk

corante

corante Ps

t

ou tk

corante

corantePs

t

.][

][ln 0

(5)

Onde [corante]

0 e [corante]

t so a concentrao inicial e a concentrao do

corante aps t minutos, respectivamente. A calibrao da absorbncia versus volume de corante (mL) linear, ento:

tt A

A

corante

corante 00

][

][ (6)

e substituindo (6) em (5), tem-se:

303,2

.log

tk

A

A Ps

t

o

ou

tkAA Pst .303,2

1loglog 0

(7)

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O grfico de log At versus t dever ser linear com inclinao igual a -kps/2,303.

Se o grfico no for linear, ento n 1, e n = 2 dever ser tentado na equao (3) e na expresso integrada.

Os valores At so obtidos no espectrofotmetro em intervalos regulares de tempo. O valor Ao obtido pela inclinao da reta do grfico de calibrao. 3.3. Materiais e Reagentes por equipe:

Espectrofotmetro, 1 par de cubetas de vidro, 1 cronmetro, 2 bales volumtricos de 25 mL, 5 bales volumtricos de 50 mL.

10 mL de soluo de NaOH 0,1 mol L-1, 50 mL de soluo de cristal violeta 0,03 g L-1, 200 mL de etanol comercial para limpeza. 3.4. Procedimento: 3.4.1. Levantamento de dados para o grfico de calibrao:

A partir da soluo 0,03 g L-1 de cristal violeta, preparar 5 solues aquosas em bales volumtricos de 50 mL, com os seguintes volumes de corante: 5, 6, 7, 8 e 9 mL, completando o volume com gua destilada. Medir em seguida a absorbncia de cada uma destas solues e anotar os dados na tabela 1. Tabela 01 - Curva analtica: Absorbncia x V (mL de corante)

Balo V (mL de corante) Absorbncia

1 5 2 6 3 7 4 8 5 9

3.4.2. Cintica da reao corante + OH-:

Num balo volumtrico de 25 mL colocar 12 mL de soluo 0,03 g L-1 de corante e completar o volume com gua destilada. Em seguida, em outro balo volumtrico de 25 mL, colocar 9,6 mL de soluo 0,1 mol L-1 de NaOH, e completar o volume com gua destilada.

Misture as solues destes dois bales, num erlenmeyer de 250 mL, acionando imediatamente o cronmetro. Agitar o sistema para que o meio torne-se bem homogneo, encher a cubeta, tomando o cuidado de tamp-lo antes do incio da leitura. O fechamento do tubo torna-se necessrio devido ao do gs carbnico do ar que se dissolve, reagindo com o NaOH.

Nessas condies so realizadas de 9 leituras da absorbncia em intervalos de 1,5 minutos, conforme tabela 2.

Obs.: Hidrxido de Sdio. Toxidade Humana: corrosivo para todos os tecidos.

Ingesto: vmito, prostrao, colapso. Inalao de poeira nvoa concentrado, podem causar danos no aparelho respiratrio. Precauo: no provocar vmitos.

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Tabela 02 - Tomadas da absorbncia em funo do tempo(s).

Leituras tempo (s) At log At

01 02 03 04

05 06 07 08 09

3.5. Tratamento dos dados e grficos:

A partir dos dados da tabela 1 e tabela 2, construir os grficos da curva analtica (grfico 1) e da cintica da reao (grfico 2). Grfico 1: A x V (mL de corante)

Determine o coeficiente angular da reta obtida. Este coeficiente angular multiplicado por 9 resultar no Ao. Grfico 2: log At x t

Determine a pseudoconstante de velocidade pelo coeficiente angular da reta obtida. Determine o coeficiente linear, este valor ser igual a log Ao. Compare o resultado obtido para Ao no grfico 1. 3.6. Tratamento de rejeitos: Rejeito txtil. Apenas acrescentar o rejeito ao frasco indicado . 3.7. Referncias Bibliogrficas:

CORSARO, G. J. C. E. "A Colorimetria Chemical Kinetics Experiment".

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Experimento 04: Cintica da Inverso da Sacarose. Mtodo Polarimtrico.


Acompanhar a cintica de uma reao pela variao no ngulo de rotao de uma soluo oticamente ativa;

Fazer o grfico dos valores obtidos desta reao de 1 ordem;

Interpretar o grfico;

Determinar graficamente o valor da constante de velocidade;

Comentar sobre possveis fontes de erro. 4.2. Introduo:

A reao de inverso da sacarose em meio cido: Obedece a uma equao diferencial de uma reao de 1 ordem, dC/dt = -k.C ,

sendo C a concentrao da sacarose. Sob forma integrada, esta equao se escreve como:

3032log 0

,

k.t

C

C (1)

Sendo Co a concentrao inicial.

A cintica desta reao pode ser acompanhada facilmente com um

polarmetro, pois a sacarose, a dextrose e a levulose so oticamente ativas e o desvio angular do ngulo de polarizao da luz depende, portanto, da concentrao de cada espcie participante da reao.

Seja ao o ngulo de rotao do plano da luz polarizada ao tempo t = 0, a, o ngulo no instante t e a o ngulo ao trmino da reao. Desta forma, obtm-se a seguinte igualdade:

aa

aa

C

C 00

A equao diferencial integrada pode, portanto, ser escrita sob a forma:

)log(303,2

.)log( 0

aa

tkaa

(2)

Indicando que um grfico de log ( aa ) versus t linear e o coeficiente

angular da reta dar o valor da velocidade especfica (k).

612661262112212 H OHC OHCOHCOHCl

sacarose glicose frutose

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19

As relaes entre ao e a so fceis de se obter: os poderes rotatrios especficos da sacarose, dextrose (glicose) e levulose (frutose) so, respectivamente, 66,5; 52,7 e - 92,4. O poder rotatrio especfico de uma mistura equimolecular de dextrose e levulose, como a que existe no fim da reao, ser pois:

8192

492752,

),,(

Utilizando as expresses dos desvios angulares tem-se, sem dificuldade:

C

Co

a

a

8,19

)5,66(0

A razo entre a concentrao inicial (C0) e a final (C) igual razo entre a massa molar da sacarose (342) e a massa molar da mistura equimolecular de dextrose e levulose (360).

Desta forma tem-se:

oaa 311,0 4.3. Instrues para Uso do Polarmetro Zeiss 4.3.1. Ligao da fonte luminosa

Ligar a lmpada monocromtica de sdio na rede de corrente alternada de 220V - 50 Hz. Ela necessita de alguns minutos (10 minutos) de aquecimento antes que se obtenha o mximo de sua intensidade. Depois de algum tempo ela emite uma luz amarela intensa. 4.3.2. Uso e manuteno do tubo de observao

Uma extremidade do tubo de observao desparafusvel para a introduo do lquido em anlise. Para fechar novamente o tubo, empurra-se lateralmente a lamnula e parafusa-se levemente a cobertura do tubo de observao. importante no apertar demais a cobertura desparafusada para evitar tenso na lamnula, o que pode provocar leituras errneas. A bucha de vedao deve ser sempre trocada quando estiver desgastada. O tubo contendo a soluo no deve apresentar bolhas de ar para evitar resultados errados. Aps cada uso, lavar bem o tubo de observao e sec-lo com um chumao de papel de filtro que pode ser empurrado com um basto de vidro. As lamnulas devem ser secas com um pano macio. A secagem poder ser feita com corrente de ar.

4.3.3. Utilizao da ocular

Antes de proceder leitura, ajustar a ocular de tal maneira que o campo visual do polarmetro fique dividido em 2 faixas bem ntidas. Este ajuste feito sem a soluo. Ao se colocar a soluo, a nitidez das duas linhas de separao do campo visual ter diminudo, sendo necessrio novo ajuste.

__________________________________________________________________________________________


20

4.3.4. Ajuste do analisador e leitura do valor obtido

Para zerar o aparelho coloca-se gua destilada no tubo de observao. Gira-se o disco somente o suficiente para que seja notado a viragem da luminosidade, pois maiores giros podem levar a iluses visuais com o risco de se fazer leituras erradas. Para exato ajuste do ponto de viragem da luminosidade deve-se retroceder at a mesma luminosidade inicial e, por meio de pequenos giros do disco, alcanar novamente a viragem da luminosidade. Desta maneira, faz-se um ajuste grosseiro na primeira vez e conseqentemente procura-se alcanar maior exatido nas prximas vezes.

As posies no sombreadas e no sensveis no so usadas para leituras, ainda que se consiga viragem e uniformidade da luminosidade. As leituras sero feitas em seguida, na escala em graus, auxiliadas pelos nnios I e II. A graduao

em graus corre em sentido horrio de 0 a 180 nos dois semicrculos. Os dois nnios, imveis, so divididos em 20 intervalos, dos quais cada um

corresponde a 0,05 grau. Os ajustes so feitos por intermdio das duas lupas com capacidade de aumento de 4 x que se encontram na concavidade visual. importante que durante o ajuste e a leitura, mantenha-se sempre a mesma posio com o olho. O ponto de partida na escala (zeragem) e mesmo as leituras, devem ser regra para cada pessoa, pois influem o tipo de luz e a observao visual de cada um. Nem sempre o zero da escala corresponde ao zero visual. Para a leitura, usa-se como risco de referncia o risco do zero do nnio, e os valores de dcimo e centsimo de grau so lidos de tal maneira que se ache uma correspondncia entre os dois riscos da escala dos graus e do nnio (leitura semelhante ao paqumetro). Aps a zeragem com gua destilada colocada a soluo problema no tubo e feita nova leitura. 4.3.5. Exemplo de leitura com gua destilada

O risco do zero do nnio est entre o zero (0) e o um (1) na escala dos graus. Pode-se notar que o risco equivalente a 0,1 no nnio coincide perfeitamente com o risco da escala dos graus: logo, deve-se ler +0,10 grau. 4.3.6. Exemplo de leitura com amostra

O risco do zero do nnio est entre os riscos 3 e 4 da escala de graus. Da mesma maneira acima, o risco do nnio -0,65 coincide perfeitamente com um risco da escala em graus. Logo: +3,65 graus. A diferena entre as duas operaes acima citadas corresponde ao ngulo de rotao. O sinal (+) significa uma rotao para a direita e o sinal (-) para a esquerda. Caso a zeragem do aparelho (ponto de partida

do nnio) fosse -0,10, o ngulo de rotao ser: +3,65 - (-0,10) = 3,75. Para pequenas rotaes o uso do nnio I suficiente para as leituras. O nnio II usado para rotaes maiores e, neste caso, tira-se a mdia dos dois. aconselhvel repetir a zeragem e a leitura do aparelho algumas vezes, tirar a mdia, onde se alcana

uma sensibilidade de leitura a 0,05. Quando so usadas amostras fortemente coloridas deve-se fazer a leitura em

recintos escuros ou usar tubos de observao menores (100 ou 50 mm) ou, em ltimo caso, diluir a soluo.

__________________________________________________________________________________________


21

4.3.7. Definio e expresso dos dados de leitura

O ngulo de rotao do composto depende do comprimento de onda da luz polarizada, aumentando medida que seu comprimento diminui. Sobre o ngulo de rotao influem, ainda, a temperatura (cuja influncia varia para cada substncia), o solvente usado, a concentrao da soluo e o comprimento do recipiente que a contm.

Para tornar o valor das rotaes angulares independentes do comprimento do

recipiente e da concentrao, usa-se habitualmente a rotao especfica, T , definida, para a luz amarela do sdio (raia D de seu espectro) e temperatura de

20 C, pela expresso:

100

LC

T

(3)

onde:

L = espessura da soluo em decmetros (comprimento do tubo de observao do laboratrio de fsico-qumica = 200 mm). C = concentrao da soluo em g/100 mL ou %.

= ngulo de leitura ( = sacarose - gua)

T = rotao especfica a uma temperatura T (C) e comprimento de onda (nm) de uma soluo 1 g mL-1 com espessura de 1 dm.

4.4. Materiais e Reagentes:

Polarmetro, cronmetro, 1 balo aferido de 100 mL, 2 pipetas volumtricas de 25 mL, 3 erlenmeyers de 250 mL.

20 g sacarose, 25 mL HCl 2 mol L-1, papel macio.

4.5. Procedimento: 4.5.1. Determinao da rotao especfica de uma soluo de sacarose

Encha o tubo do polarmetro com gua destilada e ajuste a ocular para faixa amarela ou preta, conforme a ilustrao abaixo.

Figura 01 - Visualizao aps ajuste da ocular do polarmetro.

Anote o valor do ngulo de zeragem do aparelho:

gua = _________.

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22

Prepare 100 mL de soluo de sacarose 20% (massa/volume). Retire a gua do tubo e introduza a soluo de sacarose 20%, j preparada. O preparo prvio garante que a soluo esteja estabilizada. Faa a leitura do ngulo, usando a mesma faixa de zeragem.

sacarose = __________.

= sacarose - gua

Calcule a rotao especfica da sacarose atravs da equao (03). Obs: (REPETIR EXPERIMENTO PELO MENOS 3 VEZES EFETUAR UMA MDIA E COMPARAR COM A LITERATURA, EXECUO DE REPRODUTIBILIDADE)

4.5.2. Estudo cintico da inverso da sacarose:

Pipete 25 mL da soluo de sacarose e coloque-os num erlenmeyer (erlenmeyer 1) e junte 25 mL de gua destilada. Pipete outros 25 mL da soluo de sacarose e coloque-os num outro erlenmeyer idntico ao primeiro (erlenmeyer 2). Num terceiro (erlenmeyer 3), coloque 25 mL de uma soluo de cido clordrico 2 mol L-1. Encha o tubo do polarmetro com a soluo de sacarose do erlenmeyer 1 e determine o ngulo ( oa ) de rotao da luz polarizada. Depois da leitura, limpe o tubo e prepare-o para as leituras dos itens seguintes.

Junte o contedo dos erlenmeyers 2 e 3, dando incio reao. Simultaneamente dispare o cronmetro, homogeneze a soluo resultante e, sem perda de tempo coloque-a no tubo do polarmetro. Faa logo a primeira leitura anotando o tempo.

Realize mais 4 medidas de trs em trs minutos e outra srie de 5 leituras em intervalos de 5 minutos. Ler rapidamente aps ajustar, pois a inverso vai continuar ocorrendo. Quando concluir a experincia, desligue a lmpada do polarmetro e deixe o material utilizado limpo e em ordem.

4.6. Clculos:

Conhecendo-se o valor do poder rotatrio especfico da sacarose, dextrose e levulose, chega-se a seguinte concluso:

oaa 311,0

e, portanto:

00 311,0loglog aaaa (4)

Organizando seu relatrio da seguinte forma: oa = ______________.

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23

Tabela 01 - tempo x ngulo de rotao

Tempo (s) ngulo de rotao ( a ) a + 0,311 oa log ( a + 0,311 oa )

Trace um grfico de log (a + 0,311 a0) versus t. Determine a constante k a partir do coeficiente angular da reta obtida.

Se utilizar logaritmo decimal, multiplique o coeficiente angular por 2,303. 4.7. Tratamento de rejeitos: Os rejeitos desta prtica podem ser neutralizados (a neutralizao feita com barrilha ou qualquer base inorgnica 1M contra fenolftalena) e descartados. 4.8. Referncias Bibliogrficas:

DANIELS, Farrington et all. "Experimental Physical Chemistry". - 7. ed. - New York : McGraw-Hill, 1970. WILSON, J. M. "Practicas De Quimica-Fisica". Editora Acribia, 1965. SHAW, Duncan James. "Introduo A Qumica Dos Colides E De Superfcies". So Paulo : Edgard Blucher : EDUSP, 1975. SALZBERG, Hugh W. "From Caveman To Chemistry: Circumstance And Achievements". Washington, DC : ACS, 1992: CROCKFORD, H. D. "Fundamentos De Fsico-Quimica". Rio de Janeiro. Livros Tcnicos e Cientficos, 1977. BRENNAN, D. "Manual De Laboratorio Para Practicas De Fisico-Quimicas". Ed.Urmo, 1970.

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24

Experimento 05: Determinao do tomo-grama do Zinco Atravs da

Eletrlise. 5.1. Objetivo especfico:

Determinar o tomo-grama do zinco atravs da eletrlise do ZnSO4. 5.2. Introduo:

A eletroqumica estuda a converso de energia qumica em energia eltrica e vice-versa.

Clulas Galvnicas convertem energia qumica em energia eltrica; a fonte de eletricidade uma reao espontnea de oxi-reduo. Quando um pedao de zinco colocado numa soluo de CuSO4, uma camada esponjosa de cobre aparecer sobre o zinco ao mesmo tempo em que a colorao azul da soluo torna-se mais tnue. Isto sugere que:

Semi reao de reduo: )(

2

)( 2 saq CueCu

Semi reao de oxidao: eZnsZn aq 2)(2

)(

Reao Total: 2)()()(

2

)(

aqssaq ZnCuZnCu

Da reao observa-se que eltrons transferem-se espontaneamente do Zn(s),

para o Cu+2(aq). Para aproveitar esse escoamento de eltrons como fonte de energia eltrica os mesmos devem passar atravs de um circuito antes de reduzirem os ons Cu+2.

Clulas Eletrolticas convertem energia eltrica em energia qumica; a fonte de energia eltrica provoca uma reao no espontnea de oxi-reduo. Este processo chama-se Eletrlise.

A bateria fornece corrente eltrica e dos seus terminais saem fios para a clula eletroltica que consiste de dois eletrodos (ctodo e nodo) mergulhados em um lquido que contenha ons (soluo eletroltica ou sal fundido).

Quando os ons alcanam os eletrodos ocorrem reaes de oxi-reduo: no nodo (eletrodo +) ocorre oxidao, ou seja, perda de eltron e no ctodo ( eletrodo - ) ocorre reduo, ou seja, ganho de eltrons.

Se a bateria for capaz de fornecer uma diferena de potencial adequada, possvel inverter o sentido de uma reao espontnea de oxi-reduo forando na direo da reao no-espontnea.

No exemplo anteriormente citado significaria dizer que possvel forar a transferncia de eltrons do Cu(s) para o Zn

+2, ou seja, possvel reduzir o on Zn+2 as custas da oxidao do Cu(s). Este um processo no espontneo.

Faraday foi o primeiro a exprimir quantitativamente a relao que existe entre a quantidade de corrente usada e a transformao qumica.

Verificou que para uma dada quantidade de eletricidade a quantidade de substncia produzida proporcional ao seu peso equivalente. Estabeleceu que a

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25

quantidade de carga eltrica associada a um mol de eltrons chamada de Faraday. Ento:

1 mol de eltrons = 96487 coulombs = 1 Faraday Isto quer dizer de 1 Faraday a quantidade de eletricidade capaz de

movimentar um mol de eltrons em uma reao de eletrlise e consequentemente a quantidade de eletricidade necessria para produzir um equivalente-grama de qualquer substncia nos eletrodos.

A relao matemtica :

96500

q

QMm (01)

Em que m a massa depositada, em gramas, M a massa molar da substncia,

em gramas por mol, q a carga dos ons, e Q a carga em Coulombs. Sendo que

tiQ (02)

Onde i a corrente eltrica em ampres e t o tempo em segundos.


Bquer de 250 mL, cronmetro, fonte, fios, grampos de madeira, lixa, placa de cobre, placa de zinco e 250 mL ZnSO4 1 mol L

-1. 5.4. Procedimento:

Limpe com uma palha de ao uma lmina de cobre e outra de zinco, lavando-as e secando-as. Tambm possvel mergulhar durante alguns segundos o cobre em soluo de HNO3 e o zinco em HCl, para remover xidos da superfcie. Pese as placas com preciso de 0,1 mg.

Conecte cada lmina a um fio. Imobilize as duas lminas com o auxlio de dois agarradores de madeira dentro de um bquer de 250 mL vazio. Monte o circuito conforme a Figura (1), mantendo o interruptor aberto.

Coloque dentro do bquer soluo de ZnSO4 1 mol L-1 de forma a cobrir

parcialmente os eletrodos cuidando para que a soluo no entre em contato com os fios de conexo. Cuidado tambm para que os eletrodos no se toquem, o que levaria a um curto-circuito.

Ligue a fonte e acione o cronmetro simultaneamente. Anote o valor da corrente inicial (t=0) e a cada minuto da eletrlise. Deixe a eletrlise se processar por 20 minutos.

Decorrido este tempo, desligue a fonte. Desconecte os eletrodos e lave-os com gua destilada. Aps secar completamente na estufa, cuidando para que no haja perda do depsito de zinco. Pese novamente os eletrodos com preciso de 0,1 mg .

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26

Figura 01 - montagem do experimento

5.5. Dados: mi Zn = mi Cu = mf Zn = mf Cu =

Tabela 01 - tempo x corrente

t (min) i (A) t (min) i (A)

0 11 1 12 2 13 3 14 4 15 5 16 6 17 7 18 8 19 9 20

10

5.6. Resultados: Utilizando as equaes (01) e (02), determine o tomo-grama do zinco. atg calculado do Zn=

atg tabelado do Zn =

erro absoluto =

erro relativo =

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27


Precipitar com barrilha, em capela, at cessar a formao de gs carbnico. Deixar em repouso por 24 horas. Filtrar a vcuo. Descartar o lquido. Secar o slido e descart-lo no "rejeitos inorgnicos slidos". 5.8. Questes: 1. Equacione as semi-reaes de oxidao-reduo, que ocorrem nos eletrodos.

nodo: Ctodo:

2. Qual ser a influncia do tomo grama do cobre caso ocorra no nodo a semi-reao paralela:

eCuCu aqs 1)()(

3. Qual ser a influncia na determinao do tomo grama do zinco caso haja

perda parcial do depsito no processo de secagem? 4. possvel determinar o atg do zinco e do cobre em um processo anlogo ao

desta experincia, mas usando uma soluo de CuSO4? Justifique sua resposta.

5. Sabendo que a soluo de eletrlise contm o on sulfato e que o mesmo pode

se oxidar, segundo a semi-reao:

eOSSO 22 2822

4

Explique porque ocorre no nodo a oxidao do Cu(s) e no do on SO

-24.

5.9. Referncias Bibliogrficas:

CASTELLAN,GILBERT WILLIAM.FSICO-QUMICA.RIO DE JANEIRO. LIVROS TCNICOS E

CIENTFICOS, 73, 2V, 1972.

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28

Experimento 06: Formao de Enxofre Coloidal e Velocidade da Reao.

6.1. Objetivo geral:

Estudar o comportamento cintico da reao de formao de enxofre coloidal.


Determinar a ordem da reao; Avaliar a influncia da concentrao e da temperatura na cintica da

reao; Pesquisar outros fatores que alteram a velocidade das reaes;

6.3. Introduo: A velocidade de uma reao qumica a medida da rapidez com que um ou mais reagentes so consumidos, ou um ou mais produtos so formados. As variaes da quantidade de uma espcie qualquer podem ser acompanhadas com medidas, conforme convenincia de uma das propriedades da mesma; por exemplo, massa, cor, condutividade, pH, ndice de refrao.

Quando uma transformao qumica ocorre, de grande interesse saber com que velocidade ela est ocorrendo; como podemos influenciar na transformao para que ocorra mais rpido ou mais devagar (dependendo do interesse). A cintica qumica estuda a velocidade e os mecanismos pelos quais podemos interferir nesse processo.

6.3.1. Velocidade mdia A velocidade mdia de consumo (reagente) ou de formao (produto) a

variao da quantidade da espcie em um certo intervalo de tempo:

t

Qvm

||

em que: m = velocidade mdia; |Q| = mdulo da variao da quantidade da espcie em questo; t = intervalo de tempo durante o qual ocorre a variao da quantidade. Obs.: normalmente, a variao da quantidade em mol por litro. 6.3.2. Velocidade instantnea

a velocidade da reao num dado instante t. Do ponto de vista matemtico,

podemos dizer que quando o intervalo de tempo tende a zero, a velocidade mdia tende a ser uma medida da velocidade instantnea. Nos grficos que correlacionam

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29

concentrao x tempo, podemos determinar a velocidade instantnea pela tangente no ponto (derivada no ponto). Por exemplo:

Figura 1 Tangente em um ponto P para calcular a velocidade instantnea.

6.3.3. Lei de ao das massas Quando duas substncias A e B (vale para outras situaes tambm) reagem

em um sistema temperatura constante (aA + bB produtos), a velocidade instantnea () pode ser calculada por meio de uma equao matemtica representada genericamente por:

nm BAkv em que: = velocidade instantnea da reao; [A] = concentrao de A em mol por litro; [B] = concentrao de B em mol por litro;

Os coeficientes m e n so obtidos experimentalmente e so denominados ordem de reao em relao aos reagentes A e B (m e n no so, necessariamente, os coeficientes estequiomtricos a e b da reao); a soma (m + n) dita ordem global da reao. Os coeficientes m e n podem assumir quaisquer valores, inclusive zero.

Normalmente, quando escrevemos uma equao qumica de reao, escrevemos a equao global, isto , somente o(s) reagente(s) e o(s) produto(s). No estamos preocupados em especificar o caminho pelo qual os reagentes foram transformados em produtos. No entanto, quando estamos estudando a cintica da reao, o caminho fundamental para compreendermos a cintica da mesma.

O caminho envolvido em uma reao pode ser descrito por etapas, isto , passo a passo, como as espcies foram sendo transformadas at chegar a produtos. Por exemplo, a reao global:

2IC + H2 2HC + I2

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30

no ocorre exatamente como est escrita; esta reao ocorre em duas etapas, que somadas resultam na equao global

1 etapa: IC + H2 HI + HC 2 etapa: IC + HI I2 + HC

Equao global: 2IC + H2 2HC + I2

Cada etapa dita etapa elementar. A velocidade de uma reao elementar

pode ser determinada da seguinte maneira: Dada a equao elementar

aA + bB produtos

a equao da velocidade :

ba BAkv em que a velocidade instantnea da reao; k a constante de velocidade (dependente da temperatura); [A] a concentrao do reagente A (em mol L-1); [B] a concentrao do reagente B (em mol L-1); a e b, os expoentes de A e B, respectivamente, so os coeficientes estequiomtricos da equao que representa a etapa elementar.

Quando uma reao ocorre em vrias etapas, podemos determinar a lei de velocidade para cada uma das etapas. No entanto, como elas ocorrem com velocidades bem distintas, a lei de velocidade global determinada pela etapa mais lenta, isto , para a reao como um todo a etapa lenta acaba sendo determinante.

Considerando o exemplo anterior e sabendo que a primeira etapa a lenta, podemos dizer que a velocidade desta reao global apresenta a seguinte lei de velocidade:

121 HICkv

6.3.4. Fatores que afetam a velocidade das reaes Vrios fatores afetam a velocidade das reaes; dentre eles esto a

temperatura, a concentrao dos reagentes, a superfcie de contato e a presena de catalisadores.

Neste experimento, ser verificada a influncia da temperatura e da concentrao dos reagentes na velocidade da reao.

Quanto maior a temperatura maior a velocidade da reao;

Quanto maior a concentrao dos reagentes maior a velocidade da reao.

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31

Reao a ser estudada: S2O3

2- (aq) + 2H

+ (aq) H2S2O3

(aq)

H2S2O3 (aq) H2O

() + SO2 (aq) + S (s)

Nessa reao, o enxofre coloidal, S(s), que um dos produtos formados,

aparece como uma turvao no meio reacional e isto utilizado como indicador de tempo para a reao. O tempo entre a mistura dos reagentes (incio da reao) e o aparecimento dos primeiros traos de enxofre depende das concentraes dos reagentes e da temperatura.

6.4. Materiais e reagentes:

Bico de Bunsen, trip, tela de amianto, termmetro, cronmetro, bquer, 16 tubos de ensaio, de aproximadamente 20 mL cada, bureta de 50 mL, 50 mL de soluo de Na2S2O3 0,1 mol L

-1, 50 mL de soluo de H2SO4 1 mol L-1, gua

destilada. 6.5. Procedimento: Parte I - Influncia da concentrao dos reagentes na velocidade da reao de obteno de enxofre coloidal

Utilizando uma soluo estoque de tiossulfato de sdio Na2S2O3 0,1 mol L

-1, prepare 4 tubos contendo diferentes concentraes deste reagente conforme tabela 1. Utilize uma bureta para adicionar estes volumes, tanto do reagente quanto de gua.

Tabela 1 - Volumes de Na2S2O3 0,1 mol L

-1 e gua para cada tubo.

A1 A2 A3 A4

8 mL Na2S2O3 6 mL Na2S2O3 4 mL Na2S2O3 2 mL Na2S2O3

0 mL de gua 2 mL de gua 4 mL de gua 6 mL de gua

Nos outros tubos adicione H2SO4 1 mol L

-1, conforme a tabela 2. Tabela 2 - Volumes de H2SO4 1 mol L

-1 para cada tubo.

B1 B2 B3 B4

6 mL H2SO4 6 mL H2SO4 6 mL H2SO4 6 mL H2SO4

Com um cronmetro preparado na mo, adicione o contedo do tubos A1 ao

respectivo tubo B1, agite rapidamente a mistura ao mesmo tempo em que o cronmetro deve ser acionado para marcar o tempo. Ao primeiro sinal de turvao (indica a formao de enxofre coloidal) anote o tempo decorrido. Repita este procedimento misturando o contedo do tubo A2 ao tubo B2; do tubo A3 ao tubo B3 e do tubo A4 ao tubo B4.

Calcule a concentrao de Na2S2O3 nos tubos A1, A2, A3 e A4 e construa dois grficos: t x [S2O3

2-] e 1/t x [S2O32-]. De posse destes resultados, consulte a literatura

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32

e determine a ordem da reao de acordo com o comportamento dos grficos. Determine a constante de velocidade (k).

Parte II - Efeito da temperatura na velocidade da reao Do mesmo modo que na parte I, prepare 4 tubos de ensaio, neste caso todos

contendo a mesma concentrao de tiossulfato; cada tubo deve conter 4 mL da soluo estoque de tiossulfato 0,1 mol L-1 e 4 mL de gua (tubos numerados A1, A2, A3 e A4). Em outros tubos de ensaio, coloque 4 mL de H2SO4 1 mol L

-1 (tubos B1, B2, B3 e B4).

Coloque um pouco de gua temperatura ambiente em um bquer e mergulhe nele os tubos A1 e B1 e espere 5 minutos. Em seguida, adicione o contedo do tubo A1 no tubo B1 e repita o procedimento da parte I (agite a mistura, acione o cronmetro e mea o tempo at o surgimento do enxofre coloidal - aparecimento da turvao), mantendo o contedo reacional dentro do bquer com gua, at o trmino do processo.

Com o auxlio do conjunto especificado na figura 2 (bico de Bunsen, tripe, placa de amianto, bquer contendo gua, termmetro), repita o procedimento descrito com os tubos A2 e B2, A3 e B3 e A4 e B4, ajustando a temperatura 10 C abaixo da ambiente e 10 C e 20 C acima da ambiente.

Figura 2 - Montagem do sistema. O Bico de Bunsen pode ser substitudo por

uma chapa de aquecimento.

Coloque os resultados obtidos em um grfico tempo de reao (aparecimento da turvao) versus temperatura. Discuta a influncia da temperatura na velocidade de reao. Determine a constante de velocidade para cada temperatura ensaiada (K1, K2, K3, K4) e empregando a Equao de Arrhenius (01), (02) determine a Energia de Ativao a partir do grfico de ln K em funo de 1/T.

TR

Ea

eAk ..

(01) TR

EAk

.

*lnln (02)

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33


Filtrar a vcuo. Neutralizar o lquido e descartar.

6.7. Questes: Parte I

Na reao de dissociao trmica do HI, a velocidade de reao proporcional ao quadrado da concentrao molar do HI. O que ocorrer com a velocidade se triplicarmos a concentrao do HI? (2HI H2 + I2)

A oxidao do on iodeto pelo perxido de hidrognio em meio cido ocorre segundo a equao qumica balanceada:

H2O2 + 3I

- + 2H+ 2H2O + I3-

Medidas de velocidade de reao indicaram que o processo de primeira

ordem em relao concentrao de cada um dos reagentes. a. Escreva a equao de velocidade da reao. Como chamada a

constante introduzida nessa equao matemtica? b. Os coeficientes da equao de velocidade da reao so diferentes

dos coeficientes da equao qumica balanceada. Explique por qu. Parte II

Por que alimentos se conservam mais em geladeira?

Em alguns tipos de cirurgia, a temperatura do corpo do paciente diminuda propositadamente. Explique esse fato

A vitamina C muito utilizada como aditivo de alimentos processados. Sua propriedade antioxidante se deve capacidade de ser oxidada pelo oxignio do ar, protegendo da oxidao outras substncias presentes nos alimentos. Um certo alimento processado, inicialmente embalado a vcuo, aberto e armazenado sob duas condies diferentes:

I - em refrigerador a 4 C II - em armrio fechado temperatura ambiente (25 C)

a. Mostre em um grfico como varia o teor de vitamina C com o tempo

para cada uma dessas condies. Identifique as curvas e explique comparativamente o comportamento delas.

b. Alm da capacidade de reagir com o oxignio do ar, d duas outras caractersticas que uma substncia deve apresentar para poder ser utilizada como substituto da vitamina C em alimentos processados.

6.8. Referncias Bibliogrficas:

Texto adaptado de: MAIA, Daltamir. "Prticas de qumica para engenharias". Campinas: tomo, 2008. pg 107.

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34

Experimento 07: Investigao da Cintica da Oxidao do Iodeto de Potssio.


Acompanhar a cintica de uma reao pelo desenvolvimento da cor de um indicador;

Fazer o grfico dos valores obtidos nessa reao de pseudo 1 ordem e interpretar o grfico;

Calcular graficamente o valor da constante de velocidade. 7.2. Introduo:

A reao de oxidao do iodeto de potssio pelo perssulfato de potssio em soluo:

de segunda ordem e a equao diferencial que lhe associada pode ser

escrita como:

BAkdt

dB 2

onde A a concentrao de iodeto e B a do perssulfato. Na presena de um

grande excesso de iodeto, a reao de primeira ordem, pois tem-se:

Bkdt

dB 1

onde k igual a k2.A, e praticamente constante. A integrao da equao

anterior leva a:

tkBB 10lnln ou 303,2

loglog 10tk

BB

onde Bo a concentrao inicial de perssulfato. Nesta experincia verifica-se a

validade desta equao e determina-se a constante k. Acompanha-se a marcha da reao mediante o seguinte artifcio: ao sistema reacional adiciona-se uma pequena quantidade de tiossulfato de sdio e da soluo de goma de amido. O iodo liberado durante a oxidao do iodeto reage com o tiossulfato regenerando o iodeto:

Esta reao muito rpida, por isso o tiossulfato consumido com a mesma velocidade da reao, isto , velocidade de formao do I2, ou seja, com a mesma velocidade de reduo do perssulfato. Quando todo tiossulfato tiver reagido, o I2 que

422822 22 SOKIOSKKI

tkeBB

10

6423222 22 OSNaNaIOSNaI

__________________________________________________________________________________________


35

continua a se formar atribui soluo uma colorao azul caracterstica, devido presena de goma de amido no sistema.

O intervalo do tempo que decorre entre o incio da reao e o aparecimento desta colorao corresponde ao tempo necessrio para que seja reduzida uma quantidade de perssulfato equivalente quantidade de tiossulfato adicionada soluo; um simples clculo estequiomtrico permitir calcular a concentrao de perssulfato (B) presente no tempo t e, desta forma, determinar as duas variveis da equao da cintica da reao.

Nesta experincia, preparam-se diversas solues com diferentes quantidades de tiossulfato: deste modo podem ser medidos os tempos necessrios reduo crescente de perssulfato e investigar, mediante um grfico, o processo de reduo. 7.3. Materiais e Reagentes:

10 erlenmeyers de 250 mL, bureta de 25 mL, cronmetro. 50 mL KI 0,1 mol L-1, 15 mL Na2S2O3 0,001 mol L

-1, 50 mL K2S2O8 0,01 mol L-1,

10 mL de soluo de goma de amido 2%. interessante, para melhorar a experincia, efetu-la com os frascos imersos

em banho termosttico. 7.4. Observaes:

Se as molaridades das solues empregadas estiverem corretas, fcil ver que 10 mL de soluo de perssulfato correspondem a 200 mL de soluo de tiossulfato. Nessas circunstncias, a variao da concentrao do perssulfato na soluo 1, no intervalo de tempo necessrio ao aparecimento da cor azul, ser proporcional a 1 x (10/200) mL da soluo de tiossulfato, e pode-se escrever:

200200/10

1

k

tt

B

dt

dB

ou seja:

1200200

10

tk

da mesma forma ter-se-ia, na mesma soluo, k = 20/(200.200.t2) e assim

sucessivamente. Estima-se desta maneira, com facilidade, o valor de k, sem lanar mo de um grfico, por exemplo. 7.5. Procedimento:

A partir de uma soluo de iodeto de potssio 0,1 mol L-1, de tiossulfato de sdio padro 0,001 mol L-1, de goma de amido e de perssulfato de potssio 0,01 mol L-1, prepare as seguintes solues, em duas sries de frascos (veja quadro a seguir):

__________________________________________________________________________________________


36

Tabela 01: Preparo das misturas frasco I e frasco II.

Frascos I Frascos II

Nmero KI (mL) Amido (mL) Na2S2O3 (mL) Nmero K2S2O8 (mL) H2O

1 10 2 1 1 10 9 2 10 2 2 2 10 8

3 10 2 3 3 10 7 4 10 2 4 4 10 6 5 10 2 5 5 10 5

indispensvel que o mais extremo cuidado seja empregado na leitura de

volume destas solues, pois o xito da experincia depende estritamente da constituio dos sistemas reacionais.

Misture o contedo 1 do frasco 1 com o 1 do frasco 2. Dispare o cronmetro no instante da mistura.

Aguarde 30 segundos e misture o contedo de 2 do frasco 1 com o 2 do frasco 2. Espere mais 30s e misture a soluo de 3 do frasco 1 com a 3 do frasco 2 e assim sucessivamente. conveniente agitar ocasionalmente as solues.

Fique observando as solues e anote o instante t1 em que aparece a cor azul no frasco 1. No pare o cronmetro.

Anote sucessivamente os instantes t2, t3, t4 e t5 em que aparece a cor azul nos frascos 2, 3, 4 e 5. 7.6. Clculos e Relatrio: 1. Com base nas relaes estequiomtricas das equaes qumicas, calcule o

volume de Na2S2O3 0,001 mol L-1 necessrio para reagir exatamente com 10

mL de K2S2O8 0,01 mol L-1. Observe que em cada soluo foi usada

quantidade inferior de Na2S2O3 ao volume necessrio para total reao. 2. Calcule o excesso de perssulfato presente em cada soluo. Este valor

proporcional a B. 3. Organize, ento, seus dados da seguinte forma:

Tabela 02: dados experimentais

Soluo n 1 2 3 4 5

tempo inicial to (s) 0 30 60 90 120 tempo final t1 (s) tempo reao t = t1 - to perssulfato excesso (B) ln B

4. Organize um grfico de ln B (mol) versus t e interpole linearmente os pontos

experimentais. A partir da reta assim traada, calcule a constante K1.

__________________________________________________________________________________________


37

7.7. Tratamento de rejeitos: Neutralizar com KOH ou HCl contra fenolftalena. Descartar. 7.8. Referncias Bibliogrficas:

Shoemaker(pg.214), Findlay(pg.308), Wilson(pg.61), James(pg.241), Brennan.

Experimento 08: Anodizao do Alumnio.


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Experimento 08: Anodizao do Alumnio. 8.1. Objetivos especficos:

Equacionar as reaes que ocorrem no nodo e no ctodo;

Discutir as vantagens do processo de anodizao;

Explicar o processo de tingimento da rea anodizada.

8.2. Introduo:

Para a realizao desta experincia, alm das informaes que aqui sero dadas, o aluno dever buscar outras sobre: eletrlise, Leis de Faraday, ctodo e nodo, etc., que podem ser encontradas em quaisquer livros de Fsico-qumica e Qumica Geral.

A anodizao envolve essencialmente um processo eletroltico, no qual a superfcie do nodo metlico convertida numa pelcula (xido) protetora.

Sob muitos aspectos o mecanismo geral da anodizao oposto ao da eletrodeposio: a) Os recobrimentos andicos, que so de natureza porosa, iniciam-se na

superfcie do metal e crescem para dentro, ao passo que na eletrodeposio o recobrimento comea na superfcie metlica e continua a crescer para fora.

b) Os recobrimentos andicos so xidos (ou pelculas) do metal que est sendo

tratado, ao passo que na eletrodeposio pode-se fazer recobrimentos metlicos de um metal diferente do material de base.

c) A amostra a ser anodizada o nodo da clula eletroltica; na eletrodeposio,

o metal a ser recoberto o ctodo da clula. 8.3. Princpio do Mtodo:

A clula eletroltica consiste em um bquer com soluo de cido sulfrico, tendo como ctodo uma folha de papel alumnio colocada convenientemente ao redor do nodo (uma placa de alumnio). Com o fornecimento externo de energia

(vide esquema de montagem abaixo), o alumnio metlico oxidado a on Al+3, o qual sofre hidrlise para formar um filme de xido de alumnio hidratado, na superfcie do metal, passivando-o.

Devido capacidade que o alumnio possui de ser passivado, o processo de anodizao empregado em grande escala nas indstrias para aumentar a resistncia corroso de materiais feitos com alumnio. Alm disso, os recobrimentos andicos fornecem uma superfcie que pode ser colorida por corantes orgnicos e outros pigmentos, tornando vivel gravar ou decorar placas metlicas para os mais variados fins.



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Figura 01 - Esquema de montagem do experimento


Bquer de 250 mL, 2 bqueres de 100 mL, folha de papel alumnio, 1 eletrodo de alumnio, 1 fonte de corrente/tenso, 2 fios (jacars), grampos de madeira.

150 mL de soluo de cido sulfrico a 10% (1 mol L-1), soluo de fosfato de sdio 0,5 mol L-1, soluo de corante (vermelho-Congo). 8.5. Procedimento:

Limpar o eletrodo de alumnio com l de ao e em soluo de Na3PO4 0,5 mol L-1 at que a superfcie do mesmo adquira brilho metlico, no mnimo 30 minutos.

Preparar aproximadamente 150 mL de soluo de cido sulfrico a 10% (m/V) e coloc-la num bquer de 250 mL. Colocar papel alumnio nesta soluo de modo a ficar disposto em forma de cilindro nas paredes da clula eletroltica. Introduzir o eletrodo no centro do bquer e fazer as conexes da clula, passando uma voltagem de aproximadamente 18 V durante 1 hora. Muito cuidado para que os eletrodos no se toquem, o que provocaria curto-circuito.

Aps a anodizao, lavar cuidadosamente o eletrodo com gua destilada, sem tocar na rea anodizada e mergulh-lo na soluo do corante a aproximadamente

70 C, durante 10 minutos. Em seguida, colocar o eletrodo colorido em um bquer com gua quente e deixar ferver por mais 10 minutos, aproximadamente, para que o corante fixe a cor na camada de xido formada.

Obs.: cido Sulfrico. Precauo: Corrosivo para todo o tecido do corpo,

inalao do vapor concentrado pode causar srios danos ao pulmo, contato com o olho pode causar uma total perda da viso, ingesto pode causar srios ferimentos e a morte.



40

8.6. Tratamento de rejeitos: Rejeito cido: Neutralizar com KOH 1 mol L-1 contra fenolftalena. Filtrar, descartar o lquido. Corante: O banho de corante pode ser devolvido ao frasco. A soluo de lavao do eletrodo com gua ser tratada pela monitoria aps a prtica. 8.7. Referncias Bibliogrficas:

BLATT, Rita G. "Anodizing Aluminum". Journal of Chemical Education, pg. 268, 1979. GROTZ, Leonard C. & WOLLASTON, George. "Dyeing Of Anodized Aluminum". Journal of Chemical Education, Vol. 60, pg. 763, 1983.

Experimento 09: Estudo da Adsoro do cido Actico pelo Carvo


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Experimento 09: Estudo da Adsoro do cido Actico pelo Carvo.


Verificar o poder adsorvente do carvo ativo; Construir a isoterma de Freundlich; Determinar as constantes K e n.

9.2. Introduo:

Estuda-se, nesta experincia, a isoterma de adsoro do cido actico pelo carvo ativo.

Quando uma soluo de cido actico est em equilbrio termodinmico com uma massa m de carvo ativado, observa-se que satisfeita a seguinte relao (isoterma de Freundlich):

nCkm

x1

.

onde:

x = massa de cido actico adsorvida pelo carvo;

C = concentrao da soluo em equilbrio, em g L-1;

m = massa de material adsorvente;

n = uma constante maior que a unidade e caracterstica do sistema, que

est relacionada com a afinidade do sistema pela adsoro;

k = outra constante e est relacionada com a capacidade de adsoro.

Nesta experincia, o volume V de uma soluo de cido actico de concentrao conhecida (co) colocado em contato com massa m de carvo ativo; depois de o sistema entrar em equilbrio, determina-se, por titulao, a concentrao (c) da soluo final.

Tem-se ento:

CCVx 0 E, portanto:

nCkm

CCV1

0.

)(

Da conclui-se que:

CnV

mkCC log

1logloglog 0

Que mostra ser um grfico linear de log ( CC 0 ) versus log C.

Deste grfico, calcula-se, sem dificuldade, a constante n por meio do coeficiente angular da reta.

Na expresso anterior, no lugar das variveis 0C e C , pode-se utilizar

outras, que lhes sejam proporcionais. Por exemplo, se Vo e V forem os volumes de uma soluo de hidrxido de sdio equivalentes a um mesmo volume de



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cido actico (ao volume V, ou a qualquer frao de V), antes e depois da adsoro respectivamente, tem-se:

Vn

AVV log1

log 0

Onde a constante A depende do volume de cido titulado, da

concentrao da soluo de hidrxido de sdio, da massa de carvo, da constante k e do volume da soluo em que houve a adsoro. 9.3. Materiais e Reagentes:

5 bales volumtricos de 100 mL, 10 erlenmeyers de 100 mL ou 250 mL com rolha, bureta de 50 mL, 5 funis, banho termosttico ou temperatura ambiente.

cido actico 1,0 mol L-1, hidrxido de sdio 0,1 mol L-1, soluo de fenolftalena, carvo ativo. *Obs: A experincia tambm pode ser realizada com cido frmico ou cido oxlico. 9.4. Procedimento:

A partir de uma soluo de cido actico 1,0 mol L-1, prepare 100 mL de solues 0,5; 0,3; 0,2; 0,1 e 0,05 mol L-1. Mea os volumes calculados de cido numa bureta ou pipeta volumtrica e dilua em balo volumtrico.

A cada erlenmeyer, numerado de 1 a 5, adicione 1,5 g de carvo. Pipete 50 mL da soluo 0,5 M de cido actico e transfira-os para o erlenmeyer 1. Proceda da mesma forma com as outras solues para os outros erlenmeyers e fechar os erlenmeyers com tampas. Utilizando uma s pipeta, indispensvel lav-la com gua e rins-la com a soluo a pipetar antes de recolher a alquota desejada. Trabalhe com limpeza e preciso, pois os resultados da experincia dependem em boa parte destas medidas.

Deixe as solues de cido em contato com o carvo durante pelo menos 30 minutos. Agite ocasionalmente o sistema. Dispondo de um banho termosttico, as solues devem ficar imersas neste banho na temperatura desejada ou deixadas temperatura ambiente.

Enquanto aguarda, titule as solues de cido actico que restaram (padro, este volume gasto ser o V0). Para isto, pipete 10 mL de cada uma delas, coloque em erlenmeyers numerados de 6 a 10 e titule com NaOH 0,1 mol L-1, utilizando fenolftalena como indicador. (Padro ser o V0).

Opere com o mximo de cuidado e limpeza, evitando contaminao nas solues. Se tiver tempo, interessante duplicar cada titulao. Depois de pelo menos meia hora, separe o carvo de cada uma das solues. Isto pode ser feito por filtrao simples ou centrifugao e no necessrio recuperar o volume total da soluo.

Pipete 10 mL de cada uma das solues filtradas da cintica e titule com o mesmo hidrxido de sdio conforme utilizado anteriormente. Use os erlenmeyers numerados que utilizou naquela titulao, tendo o cuidado de lav-los muito bem. Anote os volumes gastos (V) na titulao. Trabalhe com



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cuidado e ateno. Terminadas as titulaes, lave o material utilizado e deixe-o limpo e em ordem no seu devido lugar.

Obs.: 1cido Actico. Precauo: inflamvel, ingesto pode causar grave

corroso na boca e no aparelho gastrointestinal, com vmitos, hematomas, diarria, colapso circulatrio e morte. Exposio crnica pode causar eroso no esmalte dental, bronquite, irritao nos olhos.

2Hidrxido de Sdio. Toxidade Humana: corrosivo para todos os tecidos. Ingesto: vmito, prostao, colapso.. Inalao de poeira nvoa concentrado, podem causar danos no aparelho respiratrio. Precauo: no provocar vmitos. 9.5. Clculos e Relatrio:

Organize a seguinte tabela de resultados: Tabela 01: Volumes gastos nas titulaes

SOLUO Vo (mL) V (mL) Vo - V (mL) log (Vo - V) log V

1 2 3 4 5

Faa um grfico de log (Vo - V) versus log V, interpole linearmente e

calcule a constante n da isoterma de Freundlich. 9.6. Tratamento de rejeitos: Filtrar a vcuo. Neutralizar o lquido com KOH 1 mol L-1 e descartar. Secar o slido em estufa 110 C e devolver ao frasco. 9.7. Referncias Bibliogrficas:

DANIELS, Farrington et all. "Experimental Physical Chemistry". - 7. ed. - New York : McGraw-Hill, 1970. WILSON, J. M. "Practicas De Quimica-Fisica". Editora Acribia, 1965. CROCKFORD, H. D. "Fundamentos De Fsico-Quimica". Rio de Janeiro. Livros Tcnicos e Cientficos, 1977. BRENNAN, D. "Manual De Laboratorio Para Practicas De Fisico-Quimicas". Ed.Urmo, 1970. PROVESAN, Eduardo. "Carvo Ativado Une Foras Para Expandir. Qumica E Derivados". N. 261, So Paulo, 1989.


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Experimento 10: Mtodos para Determinao de Viscosidade de Lquidos.

Obs: Este experimento consta de 3 mtodos para determinao da viscosidade, os quais sero distribudos pelo professor s equipes.

10.1. Determinao do tempo de escoamento pelo uso do Copo Ford. 10.1.1. Objetivos especficos:

Estudar o mtodo do Copo Ford como instrumento para a determinao da viscosidade de solues lquidas;

Determinar a viscosidade cinemtica, em centistokes, de diferentes amostras de leos, conforme a ABNT;

Elaborar o "Relatrio de Ensaio". 10.1.2. Procedimento:

Para atingir os objetivos, voc dispe das normas da ABNT em anexo, bem como pesquisa bibliogrfica complementar.

Observao: 1 Stoke = 1

ABNT DETERMINAO DO TEMPO DE

ESCOAMENTO PELO USO DE COPO DE ESCOAMENTO

Norma MB - 1117

1978

1. OBJETIVO

1.1. Esta Norma tem como objetivo estabelecer processos para determinar o tempo de escoamento de tintas, vernizes e materiais lquidos relacionados a propriedades de escoamento newtoniano e prximo ao newtoniano, entre 20 s a 200 s (20 cSt a 900 cSt). Especificar tambm as dimenses dos copos de escoamento, permitindo a escolha do copo de escoamento adequado. NOTA: A Norma adequada somente quando podemos observar nitidamente o ponto final de escoamento do material atravs do orifcio do copo de escoamento.

2. REFERNCIAS

2.1. Nesta Norma poder ser necessrio consultar: MB - 745 - Exame prvio e Preparao para Ensaio de uma Amostra de

Tintas e Vernizes; MB - 742 - Coleta de Amostras de Tintas e Vernizes; ASTM D.1200; ISO 2431; DIN 53.211.


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3. DEFINIO

3.1. Tempo de Escoamento o tempo em segundos que decorre desde o momento que o material em

ensaio inicia seu escoamento pelo orifcio do copo at o momento em que esse escoamento se interrompe (momento caracterizado pelo primeiro rompimento do filete de escoamento).

3.2. Fluxo Newtoniano Considera-se um material que apresenta fluxo newtoniano quando a

relao entre a velocidade de cisalhamento e a tenso de cisalhamento no varia com as diferentes velocidades de cisalhamento. Quando as variaes desta relao so pequenas, o efeito da perturbao mecnica, tal como agitao, sobre a viscosidade negligvel e diz-se que o material apresenta fluxo quase-newtoniano.

3.3. Fluxo Anmalo Considera-se que um material apresenta fluxo anmalo quando,

temperatura constante a relao entre a velocidade de cisalhamento tenso de cisalhamento varia, quer com o tempo, quer com a velocidade de cisalhamento. Por exemplo: com os materiais denominados toxitrpicos (que apresentam falsa viscosidade). A agitao ou uma outra perturbao mecnica semelhante imediatamente antes do ensaio diminuir o tempo de escoamento, ficando abaixo da amostra no agitada. Com estes materiais sero obtidos valores de tempo de escoamento incertos e variveis com todos os copos de escoamento.

Associao Brasileira de Normas Tcnicas CB-10 - Comit Brasileiro de Qumica, Petroqumica e Farmcia.

3.4. Unidades de viscosidade. As unidades de viscosidade absoluta ou dinmica so definidas em

Newton.segundo por metro quadrado (N.s.m-2), mas para fins de laboratrio freqentemente medida em poises e centipoises (1 cP = 10-3 N.s.m-2). Para o fluxo de lquidos atravs de um tubo sob a ao da gravidade a densidade do material deve ser levada tambm em considerao. A relao entre a viscosidade absoluta e a densidade conhecida como viscosidade cinemtica, a qual definida em metros quadrados por segundo (m2.s-1), mas para fins de laboratrio freqentemente medida em stokes e centistokes (1 cSt = 10-6 m2.s-1). O tempo de escoamento de materiais newtonianos e quase-newtonianos em copos de escoamento est relacionado com a viscosidade cinemtica.


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4. CONSIDERAES 4.1. O efeito da temperatura sobre o tempo de escoamento bastante

significante, portanto recomenda-se o uso de ambiente de temperatura controlada, essencial para a finalidade e referncia internacional. Se isto no for conseguido dever ser assegurado que a variao de temperatura do material durante o ensaio (determinada por comparao entre temperatura no incio do ensaio com aquela obtida por um termmetro no filete de escoamento), dever ser mantida to baixa quanto possvel, e em nenhum

caso dever exceder 0,5 C. No possvel aplicar fatores de correo geral de temperatura para os tempos de escoamento porque os tipos de materiais comumente ensaiados possuem coeficiente de temperatura diferentes.

4.2. Para finalidade de referncia internacional recomenda-se 23 C. Todavia mais conveniente proceder a ensaios comparativos a outras

temperaturas (por exemplo 25 C), face predominncia de condies de temperatura locais. Para efeito desta norma a temperatura indicada para

ensaio de 25 C, admitindo-se variaes que podero ser estabelecidas entre as partes interessadas.

5. APARELHAGEM 5.1. Copo de escoamento, nvel, paqumetro 5.1.1. Dimenses

Tabela 01: Dimenses dos copos

COPO DESIGNAO FIGURA

Ford n 2 ISO

Ford n 3

Ford n 4

DIN n 4

ASTM D 1200 ISO 2431

ASTM D 1200 ASTM D 1200

DIN 53.211

1 2 1 1 3

5.1.2. Construo 5.1.2.1. O orifcio do copo de ver ser construdo em ao inoxidvel, e o

corpo do copo com material que seja resistente corroso e no afetado pelos materiais ensaiados.

5.1.2.2. As dimenses no especificadas, tais como espessura da parede

do copo devero ser tais que no permitam deformao durante o uso. Os formatos externos mostrados nas Figuras so recomendados mas podero ser modificados para convenincia de uso ou manufatura, porm o bico do copo seja sempre protegido contra danos acidentais.


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Figura 01: Copo Ford n.s 2, 3 e 4 (dimenses em milmetros).

5.1.3. Acabamento Toda superfcie interna, incluindo o orifcio de escoamento dever ser lisa

e livre de marcas. A rugosidade da superfcie no dever ser superior a 0,5 m. 5.1.4. Calibrao

O copo dever ser calibrado com um leo mineral padronizado de viscosidade cinemtica conhecida a uma dada temperatura (especificamente

25 C). A calibrao dever ser executada de tempos em tempos de modo a verificar se houve alteraes nas tolerncias dimensionais. Desde que um lquido escoa pelo orifcio sob presso hidrosttica, o tempo de escoamento relacionado a uma viscosidade cinemtica. A curva de calibrao relacionando o tempo de escoamento de viscosidade cinemtica dada na Figura 4. Para a faixa de viscosidade centistokes, ao lado, a curva MB-1117 corresponde aproximadamente s equaes.

Tabela 02: Determinao da viscosidade.

COPO EQUAO FAIXA DE VISCOSIDADE EM cSt

Ford n 2 V = 1,30 . t - (1000/t) 20 a 80

ISSO V = 1,37 . t - (200/t) 25 a 150

Ford n 3 V = 2,30 . t - (800/t) 40 a 220

Ford n 4 V = 3,70 . t - (400/t) 70 a 370

DIN n 4 V = 4,57 . t - (450/t) 90 a 900


48

onde: V = viscosidade cinemtica em centistokes t = tempo em segundos.

Figura 02: Copo ISO (dimenses em milmetros).

Figura 03: Copo DIN n.4 (dimenses em milmetros).

5.1.5. Identificao Cada copo de escoamento dever possuir a seguinte inscrio legvel

gravada permanentemente em baixo relevo.

5.1.5.1. Designao do copo Ford nos 2, 3, 4, ISO e DIN n 4. 5.1.5.2. Nmero de identificao do fabricante. 5.1.5.3. Nome do fabricante e marca registrada. 5.2. APARELHOS COMPLEMENTARES


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5.2.1. Termmetro graduado com intervalo de 0,1 C e preciso de 0,2

C.

5.2.2. Suporte apropriado para colocar o copo de escoamento. Dever possuir ps ajustveis para acerto de nvel.

5.2.3. Nvel de bolha de ar de preferncia tipo circular. 5.2.4. Placa de vidro plana.

5.2.5. Cronmetro com escala de 0,2 s ou menos a preciso de

0,1% quando ensaiado acima de perodo superior a 60 s. 5.2.6. Sala de temperatura controlada ou equivalente de maneira a

manter a amostra e o copo na temperatura constante para este ensaio.

Grfico 01: Tempo de escoamento x viscosidade cinemtica para os copos de escoamento.

Nota: A temperatura em que forem determinadas as duas viscosidades

(cinemtica e segundo no copo de escoamento) devero ser iguais.

Desde que o tempo de escoamento determinado estiver entre 3% do valor correspondente na curva de calibrao o copo ser considerado satisfatrio para uso.

0.00 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 140.00Tempo de Escoamento, segundos

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

Vis

cosi

dad

e C

inem

tic

a (c

St)

DIN n.4

FORD n.4

FORD n.3

ISO

FORD n.2


50

6. PROCEDIMENTO 6.1. Ajuste de temperatura

Ajustar a temperatura da amostra e do copo de escoamento a (25 0,5)

C. A amostra considerada pronta para ensaio, imediatamente aps a eliminao das bolhas de ar causadas pela agitao durante a preparao.

6.2. Preparao do copo de escoamento Coloque o copo no suporte em posio firme e usando o nvel de bolha de

ar e os ps ajustveis do suporte. Acertar o nvel at o plano horizontal. 6.3. Enchimento do copo de escoamento Com o orifcio do bico fechado pelo dedo encher o copo com a amostra

cuidadosamente de modo a evitar a formao de bolhas de ar. Se algumas bolhas so formadas deixe subir superfcie e as remova.

Remover o excesso de amostra, colocando a placa de vidro sobre o copo

de modo que nenhuma bolha de ar forme-se entre o vidro e a superfcie da amostra. Quando remover a placa de vidro, o nvel da amostra dever coincidir com a borda do copo.

6.4. Medida do tempo de escoamento Colocar um recipiente adequado em baixo do copo de escoamento de

modo que distncia entre o orifcio e superfcie do coletor no seja inferior a 100 mm.

Remover o dedo do orifcio e imediatamente iniciar a medida do tempo de

escoamento. Para to logo a quebra do filete de escoamento ocorra prximo do orifcio, anote o tempo de escoamento, com preciso de 0,2 s.

Se o ensaio no for executado em ambiente com temperatura controlada,

colocar o termmetro no filete de escoamento. Neste caso qualquer diferena entre a temperatura inicial e a verificada no filete de escoamento no dever

ser superior a 0,5 C.

6.5. Preciso

6.5.1. Uma segunda determinao dever ser executada usando uma outra poro da amostra originalmente preparada.

Os resultados das duas determinaes no devero variar mais que 2%.

Caso contrrio uma terceira determinao dever ser executada. Se a terceira determinao tambm variar mais do que 2% um outro mtodo dever ser escolhido.

6.5.2. Resultados de diferentes laboratrios no devero ser

considerados duvidosos a menos que difiram entre si em mais que 5%.


51

7. RELATRIO DE ENSAIO No relatrio de ensaio devero constar as seguintes informaes: 7.1. O nmero desta Norma. 7.2. Tipo e identificao do material em ensaio. 7.3. Indicao do copo de escoamento usado.

7.4. Temperatura de ensaio com aproximao de 0,2 C e uma explicao se esta temperatura, por acordo das partes interessadas, diferir

de 25 0,5 C. 7.5. Tempo de escoamento reportado por um valor mdio (dois

resultados no diferentes entre si em mais que 2%). 7.6. Qualquer modificao da Norma descrita por acordo entre as

partes interessadas dever ser relatada. 7.7. Data do ensaio e laboratrio que o realizou. 8. CUIDADOS E CONTROLE DO COPO DE ESCOAMENTO

8.1. Limpe o copo imediatamente aps o uso e antes da amostra comear a secar usando solvente adequado. No usar ferramentas metlicas.

Se o orifcio estiver contaminado com depsitos secos dever ser

amolecido com solvente adequado e limpo cuidadosamente com um pan

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